五刘区间工程平面图
工程概况
厦门地铁3号线五刘区间穿越厦门东海域，连接本岛和翔安，位于翔安海底隧道西北侧，区间全长4.95km，穿越海域长度约3.6km，穿越海域水深最大25m，隧道最大埋深69m。
区间为双洞单线断面，采用“矿山法+盾构法”组合施工，设置1座施工斜井、1座风井、10座联络通道和3座废水泵房兼变电所。
五刘区间隧道平面布置图
区间穿越地层地质条件复杂多变。翔安侧隧道主要穿越中粗砂层、圆砾和全、强风化花岗岩地层，透水性强，与海水连通；岛内陆域段隧道主要穿越残积土和全、强风化花岗岩地层，有局部基岩凸起，且孤石分布较为发育；海域段穿越微风化花岗岩层和4组风化深槽，微风化基岩平均强度达110MPa，石英含量较高，风化槽填充物主要为全风化花岗闪长岩、散体状和碎裂状强风化花岗闪长岩，呈密实砂砾混黏性土状。
五刘区间隧道地质纵断面图
工程设计难点及解决方案
五刘过海区间长度达4.95km，远期高峰时刻共有3辆列车同时运行。根据通风防灾要求，需保证每个通风区段仅有1辆列车通行；按照常规分段纵向通风模式，需在隧道中部至少设置2座风井。隧道穿越海域设置风井条件差，疏散难度大。解决方案：1）本隧道穿越海域长度达3.6km，无法在海域设置中间风井，因此在矿山法施工隧道部分区段上方设置土建专用风道，以替代中间风井，采用分段纵向通风排烟模式解决长距离跨海区间防灾通风。2）从防灾疏散角度考虑加密设置联络通道、加大纵向疏散平台宽度，提高疏散能力。五刘区间共设置11个联络横通道，横通道平均间距约420m。3）设置多处安全区域和紧急出口，包括五缘湾站、刘五店站、非火灾隧道、区间风井和施工斜井。当过海区间发生火灾时，若列车未失去动力，则需行驶至五缘湾站或刘五店站开展疏散救援；若列车失去动力无法行驶至车站时，则就地停车，乘客通过列车侧门或端头门到达疏散平台或道床，然后通过联络横通道疏散至非火灾隧道。
矿山法区间隧道疏散平台宽度为2000mm
盾构法区间疏散平台宽度为950mm
斜井兼作疏散通道使用、疏散宽度为4m
矿山法隧道穿越海中风化深槽。过海区间矿山段穿越4条大型风化深槽，风化槽物质主要为全、强风化花岗岩，岩体十分破碎且孔隙水贮藏丰富，施工难度及风险较大。解决方案：1）做好超前地质预报工作，综合运用超前地质钻孔、TSP、红外线探水、地质雷达等多种手段，尽可能准确地判明富水带地段、断层破碎段及其他不良地质体的位置范围。2）由综合地层性状、涌水量、涌水压力等指标确定注浆起始标准，针对性地制定注浆方案。3）通过探水孔、钻孔取芯等方法验证注浆加固质量。4）为防止地下水突涌等情况发生，在掌子面前方100m布置可移动防水闸门，采用机械化方法施工，使其快速通过。
矿山法隧道超前帷幕注浆施工现场
矿山法隧道台车及运输通道
盾构隧道穿越海底不良地层。建设场区存在浅覆土砂层、硬岩及软硬不均地层、孤石发育地层等不良地质条件，给盾构的推进带来了巨大风险。此外，隧道上方海域为生态保护区，垂直加固、深孔爆破等海面作业受到掣肘。解决方案：1）针对盾构隧道过浅覆土砂层，主要从掘进支护压力、掘进参数及出渣控制、泥浆质量控制、同步注浆及二次注浆质量控制、盾构密封管理等方面采取技术对策。泥水盾构平衡舱压力根据潮间带地下水位的变化进行动态调整。2）针对盾构过孤石及软硬不均地层，主要从超前探测、基岩与孤石预处理、刀盘刀具配置、掘进参数及渣量控制等方面采取技术措施。对强度较高、盾构直接掘进困难的地段或者软硬不均地层，采用海上深孔爆破的方法进行预处理。3）针对盾构海底长距离掘进的问题，主要从刀具适配性、刀具磨损监测、计划点批量换刀、高水压条件下的带压进舱和减压限排进舱作业等方面采取技术措施。
盾尾密封刷
盾构隧道管片拼装完成效果
海中盾构法和矿山法隧道对接。泥水盾构自翔安一侧始发，在海中实现盾构法隧道同矿山法隧道对接。为了确保对接段结构的安全性与防水性，需要从对接地点、工序等方面进行综合考虑。解决方案：选取基岩完整、上覆硬岩较厚的地层作为工法对接点，考虑盾构法先到与矿山法先到2种工况，根据实际进度灵活选择。1）矿山法先到的情况下应做好扩大接收断面的加固；2）盾构法先到的情况下应确保对接点岩墙的厚度，并做好周边帷幕注浆。此外，盾构应配置可拆卸式刀盘以便洞内拆解。
海洋腐蚀环境下的结构耐久性问题。过海隧道场区属于典型的海洋氯化物环境，地下水氯离子含量超过15000mg/L，作用等级为Ⅲ-E，对结构的腐蚀性极强。目前建成的跨海地铁隧道，如深圳前湾电缆隧道、广深港客专狮子洋隧道等，均出现了不同程度的结构腐蚀现象，海洋腐蚀环境下的结构耐久性问题应引起足够重视。解决方案：1）结构主体采用C50或C55、抗渗等级P12的混凝土材料，严格控制氯离子扩散系数和水胶比等耐久性指标。2）掺入一定量的矿物掺合料及外加剂，降低混凝土水化热，增加混凝土和易性，提升结构抗裂性能。3）重视矿山法隧道防排水系统，加强盾构隧道接缝、螺栓接头等关键节点的耐久性设计。4）对结构构件的养护方法进行改进增强。
长大过海地铁区间防排水问题。五刘区间隧道属于长大过海区间隧道，具有海域段跨度大、结构渗水量大等特点，对隧道施工与运营期间的排水能力提出了很高的要求。解决方案：1）遵循“以堵为主，堵排结合”的设计理念，制定合理的隧道渗漏水排放标准，通过超前注浆等措施严格控制隧道的排水量。2）为满足运营期间的排水需求，在线路最低点及两侧设置3座大型废水泵房，并根据隧道施工期间的涌水量量测对泵房的容量进行动态调整，使其至少能容纳24h的隧道渗漏水量。3）在设计环节充分考虑排水系统的可维护性，适当增加纵向排水盲管的直径，并沿隧道纵向间隔设置检查井，后期可利用高压水枪对堵塞管路进行疏通。
主要技术创新
（1）复杂环境长距离过海区间地铁隧道的组合工法和对接实施。依托厦门地铁3号线过海区间工程，研究确定复杂地质环境及高水压环境下地铁隧道的断面形式和施工工法（盾构法和矿山法的组合工法）。
（2）基于BIM的长大过海地铁隧道施工风险集成控制系统。提出过海隧道工程施工信息模型和建模标准，并将BIM同多种信息化技术综合利用，实现对施工风险的实时分析和集成控制。
（3）海底软弱地层条件下的冻结加固技术。采用海面垂直冻结方法和洞内水平冻结方法实现联络通道开挖和盾构换刀作业，解决冻结管引孔定位、强渗流地层冻结温度控制等技术难题，实现海底软弱地层条件下的联络通道安全施工和盾构常压开舱作业。
（4）跨海区间地铁隧道防灾救援系统（通风、照明、防灾等）配置要求。考虑地铁运营特点，根据拟定的运营安全与防灾目标要求，提出地铁跨海长距离区间隧道的防灾救援系统配置要求，包括通风、照明、供电、消防、应急通信、紧急避难、应急救援各系统和应急行车组织等。
（5）海底隧道防排水可靠性、可维护性设计。从地质条件、防堵水成本和施工工期等多个角度综合考虑，研究得到长距离过海区间地铁隧道地下水允许排放标准，提出海底隧道防排水系统设计准则、隧道可维护和可靠的防排水系统措施。
工期及工程进度
该工程自2016年1月1日开工，计划于2019年9月30日贯通，工期共计45个月。本岛侧施工工程进度(截至2018年3月31日)：1）施工斜井穿越F4风化槽，累计施工530m，已全部完成；通过斜井施工正线隧道累计178m。2）区间风井主体结构负五层、负四层完工，正线矿山法隧道施工88m。3）本岛陆域土压平衡盾构段基岩预处理已经完成，2018年4月具备始发条件。翔安侧施工：1）始发车站已经封顶，大里程端局部回填。2）泥水平衡盾构左线累计完成594环，约891m，剩余526m；右线累计完成821环，约1231.5m，剩余190.5m。